Truyền động và điều khiển máy CNC - Chương 2: Máy công cụ CNC - Đường Công Truyền

Nội dung text: Truyền động và điều khiển máy CNC - Chương 2: Máy công cụ CNC - Đường Công Truyền

1. 3/10/2021 Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM TRUYỀN ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY CNC (Driving and control for CNC machine tool) Đường Công Truyền Chương 2: Máy công cụ CNC (CNC machine tool) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 2 1
2. 3/10/2021 Máy công cụ truyền thống và máy CNC ➢ Giống nhau về kết cấu gồm: –Thân máy –Đế máy –Bàn trượt –Đầu trục chính, Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ truyền thống và máy CNC ➢ Khác nhau: Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 2
3. 3/10/2021 Máy công cụ truyền thống và máy CNC ➢ Khác nhau: Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Kết cấu cơ bản một máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 3
4. 3/10/2021 Hình ảnh kết cấu một số máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Hình ảnh kết cấu một số máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 4
5. 3/10/2021 Hình ảnh kết cấu một số máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Hình ảnh kết cấu một số máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 5
6. 3/10/2021 Hình ảnh kết cấu một số máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Quy trình gia công chi tiết trên máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 6
7. 3/10/2021 Kết cấu cơ bản một máy công cụ CNC - Thiết bị nhập (input device) - Hệ điều khiển máy (machine control unit) - Máy công cụ (machine tool) - Hệ thống truyền động (driving system) - Thiết bị phản hồi (feedback devices) - Thiết bị hiển thị (display unit) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Thiết bị nhập – input device -Đĩa mềm (floppy disk drive): được sử dụng đến 1970s, hiện nay không còn được sử dụng do việc lưu trữ dữ liệu thấp và dễ bị hỏng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 7
8. 3/10/2021 Thiết bị nhập – input device -Cổng nối tiếp (serial communication port): sử dụng chuẩn EIA standard RS-232, được sử dụng trên các hệ thống DNC và DNC II EIA: Electronic Industries Alliance – Liên minh doanh nghiệp điện tử ( từ năm 1997 đổi thành Electronic Industries Association – Hiệp hội doanh nghiệp điện tử) là một tiêu chuẩn và tổ chức thương mại bao gồm liên minh các hiệp hội thương mại của các nhà sản xuất thiết bị điện tử tại Mỹ. Họ đã phát triển các tiêu chuẩn để đảm bảo thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau có thể tương thích và hoán đổi thay thế lẫn nhau Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền - Truyền dữ liệu thông qua cổng nối tiếp trên hệ thống DNC II Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 8
9. 3/10/2021 Thiết bị nhập – input device -Mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet (ethernet communication cable): hiệu quả và tin cậy, ngày càng phổ biến trên các hệ điều khiển máy CNC LAN: Local Area Network-mạng máy tính cục bộ: là một hệ thống mạng dùng để kết nối máy tính trong một phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường học, ). Các máy tính trong mạng LAN có thể chia sẻ tài nguyên với nhau, mà điển hình là chia sẻ tập tin, máy in, máy quét, và một số thiết bị khác Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền - Truyền dữ liệu thông qua mạng LAN dùng cáp giao tiếp Ethernet trên hệ thống DNC II Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 9
10. 3/10/2021 Thiết bị nhập – input device -USB (USB flash drive): lưu được dữ liệu lớn, ngày càng phổ biến trên các hệ điều khiển máy CNC USB: Universal Serial Bus: là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính. USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính với tính năng nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống. Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Thiết bị nhập – input device -Lập trình hội thoại (conversational programming): thao tác trực tiếp trên giao diện máy, hiệu quả cho việc lập trình gia công chi tiết tương đối đơn giản đến 2,5 trục Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 10
11. 3/10/2021 Hệ điều khiển máy - machine control unit MCU Là trái tim của hệ điều khiển CNC gồm 2 bộ phận: • Bộ xử lý dữ liệu (data processing unit - DPU): có nhiệm vụ biên dịch và mã hóa chương trình gia công thành ngôn ngữ máy, sau đó thực hiện nội suy chuyển động • Bộ điều khiển hệ truyền động (control loop unit - CLU): dữ liệu từ DPU được chuyển sang tín hiệu điện truyền đến CLU để điều khiển hệ thống truyền động. Ví dụ ON/OFF trục chính, ON/OFF dung dịch trơn nguội, Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Hệ thống truyền động – driving system Bao gồm các loai động cơ truyền động: •Động cơ servo: DC Servo và AC servo •Động cơ bước - stepping motor •Động cơ tuyến tính – linear motor •Động cơ thủy lực – hydraulic motor Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 11
12. 3/10/2021 Thiết bị phản hồi – feedback devices Bao gồm các loại cảm biến: potentionmeter, tachometer, encoder, resolver Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Thiết bị hiển thị - display unit Để tương tác giữa người vận hành và máy cũng như để hiển thị các thông số gia công như: số vòng quay trục chính, tốc độ tiến dao, vị trí dụng cụ cắt, Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 12
13. 3/10/2021 Máy công cụ - machine tool • Thân và đế máy – Vật liệu: gang có độ bền nén cao – Đế máy để đỡ toàn bộ máy tạo sự ổn định và cân bằng cho máy – Bên trong thân máy chứa hệ thống điều khiển, động cơ của trục chính và nhiều hệ thống khác • Yêu cầu – Có độ cứng vững cao – Có các thiết bị chống rung động – Ổn định về nhiệt • Mục đích – Đảm bảo độ chính xác cao khi gia công Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ • Bàn máy, bàn xoay – Là nơi gá đặt chi tiết hay đồ gá – Sự chuyển động linh hoạt và chính xác của bàn máy giúp cho máy CNC có khả năng gia công được những chi tiết có biên dạng phức tạp – Trên các trung tâm gia công hiện đại thì bàn máy có dạng xoay được, nó có ý nghĩa như trục thứ 4, 5 của máy CNC • Yêu cầu – Có độ ổn định, cứng vững , được điều khiển chuyển động một cách chính xác Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 13
14. 3/10/2021 Máy công cụ • Bàn máy, bàn xoay Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ - Các loại bàn xoay • Bàn xoay tiêu chuẩn trục ngang (a): dùng để gá đặt chi tiết sao cho tâm của chi tiết trùng với tâm trục chính (b) (a) • Bàn xoay tiêu chuẩn trục đứng (b) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 14
15. 3/10/2021 Máy công cụ - Các loại bàn xoay • Bàn xoay có động cơ lắp sau (c): nhằm hạn chế sự rung động khi máy đang làm việc (c) (d) • Bàn xoay có lỗ trục chính lớn (d): gia công phôi dài, ống Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ - Các loại bàn xoay • Bàn xoay nhiều trục chính (e): cho phép gá đặt cùng lúc nhiều chi tiết gia công hàng khối (e) (f) • Bàn xoay nghiêng (f): gia công các bề mặt nghiêng ở nhiều góc độ khác nhau Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 15
16. 3/10/2021 Máy công cụ - Các loại bàn xoay • Bàn xoay nghiêng: Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ - Lập trình gia công với bàn xoay • Bàn xoay không nghiêng: trục thứ 4 • Bàn xoay nghiêng: trục thứ 4 và thứ 5 • Tùy theo định nghĩa của nhà sản xuất mà các trục này có thể có tên là A và B • G90 G00 A90.: trục A của bàn xoay quay nhanh đến vị trí góc 90 độ theo chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tuyệt đối • G91 G00 B-180.: trục B của bàn xoay quay nhanh đến vị trí góc 180 độ theo ngược chiều kim đồng hồ trong hệ tọa độ tương đối Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 16
17. 3/10/2021 Máy công cụ - Ứng dụng bàn xoay • Bàn xoay CNC có tác dụng làm tăng thêm tính vạn năng cho máy CNC • Gia công: – Các bề mặt định hình (như bề mặt cam, cối dập, khuôn ép ) – Cắt ren vít trong và ngoài – Gia công bánh răng và dao cắt nhiều lưỡi có răng thẳng hoặc xoắn – Cắt rãnh thẳng và xoắn – Các bề mặt nghiêng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ • Cụm trục chính: là nơi lắp dụng cụ (hay phôi), chuyển động quay của trục chính sẽ sinh ra lực cắt để cắt gọt phôi trong quá trình gia công Cụm trục chính máy tiện CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 17
18. 3/10/2021 Máy công cụ • Cụm trục chính máy phay CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ • Cụm trục chính máy phay CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 18
19. 3/10/2021 Máy công cụ • Cụm trục chính máy phay CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Máy công cụ • Lắp trục chính lên thanh dẫn hướng trên máy phay đứng (a, b) và ngang (c) (c) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 19
20. 3/10/2021 Cơ cấu dẫn hướng thẳng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw) • Chuyển động quay của động cơ được chuyển đổi thành chuyển động thẳng của bàn máy nhờ bộ truyền vítme-đai ốc bi Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 20
21. 3/10/2021 Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 21
22. 3/10/2021 Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw) ➢ Truyền động bàn máy dùng Vít me-đai ốc bi Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw) • Đối với truyền động chạy dao trên máy CNC, dùng một cặp đai ốc trên bộ truyền vítme-bi • Nhờ cặp đai ốc ghép căng theo chiều trục có thể khử được khe hở giữa vítme và đai ốc mà không làm tăng ma sát Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 22
23. 3/10/2021 Vít me-đai ốc bi (Recirculating Ball Screw) • Ưu điểm: – Ma sát rất nhỏ – Ít bị mòn – Độ chính xác cao – Độ tin cậy cao – Khả năng truyền tải lớn • Nhược điểm: – Có độ giảm chấn thấp Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Hệ thống thanh trượt dẫn hướng (Guideway) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 23
24. 3/10/2021 Hệ thống thanh trượt dẫn hướng (Guideway) ➢ Dẫn hướng bàn máy phay CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 24
25. 3/10/2021 Khớp nối - Coupling • Khớp nối dùng để nối và truyền mô men xoắn giữa hai trục với nhau • Sai lệch giữa hai trục (sai lệch dọc trục (axial offset),sai lệch hướng kính (radial offset), và sai lệch góc (angular offset)) có thể được hiệu chỉnh thông qua khớp nối • Có hai loại khớp nối là khớp nối cứng (Torsionally stiff shaft couplings) và khớp nối đàn hồi (Torsionally flexible shaft couplings) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Khớp nối - Coupling • Sai lệch giữa hai trục có thể hiệu chỉnh thông qua khớp nối Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 25
26. 3/10/2021 Khớp nối cứng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Khớp nối cứng • Dùng Schmidt coupling để khử sai lệch hướng kính lớn Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 26
27. 3/10/2021 Khớp nối đàn hồi Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Khớp nối trong truyền động máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 27
28. 3/10/2021 Khớp nối trong truyền động máy CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 28
29. 3/10/2021 Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Khớp nối - Coupling Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 29
30. 3/10/2021 Động cơ trong truyền động máy công cụ cnc Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Động cơ trong truyền động máy CNC Động cơ truyền động chạy dao CNC Điện Thủy lực Động cơ bước Động cơ thủy tĩnh Động cơ servo 1 chiều Động cơ bước- Động cơ servo 2 chiều điện-thủy lực Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 30
31. 3/10/2021 So sánh các dạng động cơ Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Động cơ bước – stepping motor • Cung cấp điều khiển số không phản hồi về vị trí của bàn máy • Tín hiệu vào: chiều quay và tín hiệu xung điện • Tín hiệu ra: cường độ hoăc điện thế làm động cơ quay 1 góc (one step) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 31
32. 3/10/2021 Động cơ bước – stepping motor Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Điều khiển đầy bước (full step) • Điều khiển cường độ dòng điện cung cấp lần lược cho từng cuộn dây trên Stator có được vị trí chính xác tương ứng của Roto • Động cơ bước tiêu chuẩn với góc 1.8 độ được sử dụng rộng rãi 3600 = N N= 200 step / rev Độ phân giải của trục vít dẫn động 360 l(bước vít mm/vòng)  = =1.80 / step =u 200 N Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 32
33. 3/10/2021 Ví dụ 1 • Một stepping motor có N = 150 pulse/rev, được dẫn động bằng trục vít có bước l = 0.2 in/rev. Nếu motor nhận được số xung là n = 2250 pulses. Tìm: • Khoảng dịch chuyển theo trục x • Tần số xung f, với tốc độ bàn máy là 16 in./min GIẢI x = l(n/N) = (0.2)(2250)/150 = 3" 16 = 0.2 (RPM) RPM = 80 f = (150) (80)/60 = 200 Hz Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Điều khiển vi bước (micro step) • Điều khiển cường độ dòng điện cung cấp đồng thời cho các cuộn dây trên Stator có được vị trí của Roto ở các vị trí trung gian cuả các cuộn dây tương ứng • Điều khiển vi bước được sử dụng khi yêu cầu độ phân giải cao hơn • Vi bước thường sử dụng: 1/10, 1/16, 1/32, 1/125 • Độ phân giải: 3600 l = =u Nm Nm m: Số vi bước trong 1 bước đầy Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 33
34. 3/10/2021 Ưu điểm động cơ bước • Giá thành rẽ • Có thể điều khiển mạch hở • Duy trì mômen tốt (không cần thắng, biến tốc) • Mômen xoắn cao ở tốc độ thấp • Chi phí bảo dưỡng thấp (không chổi quét) • Định vị chính xác • Không phải điều chỉnh các thông số điều khiển Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Nhược điểm động cơ bước • Động cơ làm việc không đều, đặc biệt là ở tốc độ thấp • Dòng điện tiêu thụ không phụ thuộc vào tải • Kích cở hạn chế • Làm việc ồn • Mômen giảm theo tốc độ • Không có phản hồi nên dễ xảy ra sự cố Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 34
35. 3/10/2021 Động cơ servo • Sự khác nhau cơ bản nhất giữa động cơ servo so với động cơ bước là động cơ servo có mạch điều khiển kín Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Động cơ servo Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 35
36. 3/10/2021 Động cơ servo Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Động cơ servo Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 36
37. 3/10/2021 Động cơ servo ➢Phân loại: • Động cơ DC servo • Động cơ AC servo: đồng bộ + cảm ứng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Điều khiển động cơ Servo • Để quay động cơ, tín hiệu số được gửi đến mạch điều khiển làm khởi động động cơ thông qua chuỗi bánh răng • Động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn (không giống như động cơ Điện hay động cơ Bước) • Công dụng chính của động cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng 900 - 1800 Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 37
38. 3/10/2021 Điều khiển động cơ Servo • Trục động cơ servo được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là điều khiển biên độ rộng xung (PWM-Pulse Width Modulated) • Để điều khiển servo quay theo các góc cố định thì chip điều khiển phải phát xung với độ rộng từ 1ms đến 2ms Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Ví dụ 2 • Một bàn máy được dẫn động bằng servo motor (150 pulse/rev.) qua vít me-đai ốc bi (l = 0.2 in/rev ). Vít me nối với motor qua hộp giảm tốc có tỉ số truyền 1:4. Số xung nhận được từ bộ điều khiển là n = 2250 pulses và tần số xung 200 Hz. Tìm: • Tốc độ bàn máy • Tốc độ motor, in./min • Khoảng dịch chuyển bàn máy GIẢI RPM trục vít = (60)(200)/(150) = 80 RPM của motor = 320 x = l(n/N) = (0.2) (2250)/(150) = 3" Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 38
39. 3/10/2021 Động cơ servo ➢Ưu điểm: • Mômen trên trục đều hơn (high intermittent torque) • Tốc độ cao hơn (high speeds) • Mạch điều khiển tốc độ chính xác và đều hơn (work well for velocity control) • Nhiều kích cở hơn (available in all sizes) • Làm việc êm hơn (quiet) • Độ chính xác cao hơn Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Động cơ servo ➢Nhược điểm: • Đắt tiền hơn • Yêu cầu phải có hệ thống phản hồi (không làm việc ở chế độ mạch hở) • Yêu cầu phải điều chỉnh các thông số điều khiển • Bảo dưỡng tốn kém, đặc biệt là động cơ DC servo Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 39
40. 3/10/2021 Động cơ thủy lực điều khiển lưu lượng và áp suất Hệ thống điều khiển động cơ thủy lực Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Động cơ thủy lực • Ưu điểm • Có hệ số khuếch đại cao • Dùng cho các máy có công suất lớn • Có khả năng chống quá tải • Nhược điểm • Cần đảm bảo dầu luôn sạch, không tạp chất • Lực và sự chuyển động phụ thuộc độ nhớt • Độ nhớt phụ thuộc nhiệt độ cần hệ thống lọc và làm mát dầu Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 40
41. 3/10/2021 Thiết bị phản hồi trong truyền động máy công cụ CNC Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Các thiết bị phản hồi • Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phải đo được góc quay của motor • Phương pháp dùng để xác định góc quay của motor: biến trở xoay, tachometer, hoặc dùng encoder, resolver • Dùng biến trở xoay, tachometer, resolver: phương pháp tương tự (analog) • Dùng optical encoder: phương pháp số (digital) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 41
42. 3/10/2021 Biến trở - Potentionmeter • Là một bộ chia điện áp • Dùng để đo dịch chuyển thẳng hoặc chuyển động quay • Chuyển động cơ học sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm biến • Tầm đo: ~10 m Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Biến trở - Potentionmeter • Nguyên lý làm viêc: – Con chạy sẽ được nối với vật cần đo dịch chuyển – Vật dịch chuyển sẽ làm thay đổi trở kháng của cảm biến – Cấp điện DC cho cảm biến điện áp ngõ ra sẽ tỉ lệ với khoảng dịch chuyển Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 42
43. 3/10/2021 Biến trở - Potentionmeter ➢Ưu điểm • Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp • Mạch điện xử lý đơn giản • Điện áp ngõ ra lớn ➢Nhược điểm • Độ chính xác giới hạn (khoảng 1%) • Tuổi thọ thấp • Cọ xát gây mòn và sinh ra tiếng ồn • Chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường (bụi, ẩm, ) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Cảm biến vận tốc - Tachometer ❖ Tachometer để đo lường vận tốc góc của trục quay (còn gọi là bộ phát tốc) ❖ Có thể dùng bộ phát tốc DC, AC, xung ❖ Kỹ thuật phổ biến là gắn nam châm trên trục quay. Khi nam châm di chuyển qua lõi cảm biến cố định, dòng điện được sinh ra. ❖ Mỗi vòng xoay của trục sẽ tạo ra một xung điện áp, xử lý tín hiệu xung này ta sẽ biết được tốc độ quay Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 43
44. 3/10/2021 Cảm biến vận tốc - Tachometer Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Đo tốc độ động cơ dùng techometer Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 44
45. 3/10/2021 Cảm biến vị trí – Encoder • Encoder dùng để đo lường dịch chuyển góc hoặc thẳng và chuyển đổi thành tín hiệu nhị phân (tín hiệu số) xác định chính xác vị trí trục hoặc bàn máy • Trong máy CNC, chuyển động từ động cơ vít me đai ốc bi bàn máy. • Vị trí bàn máy được xác định nhờ encoder lắp trong cụm truyền dẫn Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Cảm biến vị trí – Encoder (Encoder Từ) (Encoder Điện dung) (Encoder Bán dẫn) (Encoder Quang) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 45
46. 3/10/2021 Phân loại Optical encoder • Encoder thẳng (linear optical encoder): Encoder thẳng trên máy đo 3 chiều CMM-Mitutoyo Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Phân loại Optical encoder • Encoder quay (rotary encoder): • Encoder tuyệt đối (absolute rotary encoder) • Encoder gia số (incremental rotary encoder) absolute rotary encoder incremental rotary encoder Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 46
47. 3/10/2021 Phân loại Optical encoder absolute rotary encoder incremental rotary encoder Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Nguyên lý làm việc của Encoder NGUỒN PHÁT NGUỒN THU đĩa tròn xoay (có các lỗ) quay quanh trục • Khi trục quay, trường hợp đĩa chỉ có một lỗ, mỗi lần nguồn thu nhận được tín hiệu đĩa quay được một vòng Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 47
48. 3/10/2021 Nguyên lý làm việc của Encoder • Tuy nhiên, vấn đề được đặt ra là làm sao để xác định chính xác hơn vị trí của đĩa quay (mịn hơn) và làm thế nào để xác định được đĩa đang quay theo chiều nào? Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Encoder tuyệt đối • Ta cần quan tâm là về độ mịn của encoder, có nghĩa là làm thế nào biết đĩa đã quay 1/2 vòng, 1/4 vòng, 1/8 vòng hay 1/n vòng, chứ không phải chỉ biết đĩa đã quay được một vòng • Xét một số nhị phân có 2 chữ số sẽ có 4 trạng thái (00, 01, 10, 11) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 48
49. 3/10/2021 Encoder tuyệt đối • với 2 chữ số, có thể chia đĩa encoder thành 4 (22) phần bằng nhau • Khi đĩa quay, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/4 (1/22) vòng • Tương tự như vậy, nếu với một số có n chữ số, chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/2n vòng • Thế làm sao để xác định 2n trạng thái này của đĩa encoder? Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Encoder tuyệt đối • Xét đĩa encoder có 2 vòng đĩa • Ở vòng trong cùng, có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, sẽ có 2 rãnh nằm đối diện nhau • cần 2 đèn led để phát xuyên qua 2 vòng lỗ, và 2 đèn thu • Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (trong cùng), đèn đọc đang nằm ở vị trí có lỗ tín hiệu nhận được là 1. Và vòng lỗ thứ hai, đèn đọc đang ở vị trí không có lỗ tín hiệu nhận được là 0 Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 49
50. 3/10/2021 Encoder tuyệt đối • Như vậy, với số 10, ta xác định được encoder đang nằm ở góc phần tư nào, (hay ta quản lý được độ chính xác của đĩa quay đến 1/4 vòng) Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Encoder tuyệt đối • Nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ, thì ta sẽ quản lý được đến 1/(2^10) tức là đến 1/1024 vòng • Hay người ta nói là độ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng (pulse per revolution - ppr) abosulte encoder 8 vòng lỗ Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 50
51. 3/10/2021 Cách thiết kế Encoder tuyệt đối • Để thiết kế encoder tuyệt đối, người ta luôn vẽ sao cho bit thứ n (đối với encoder có n vòng lỗ) nằm ở trong cùng, có nghĩa là lỗ lớn nhất có góc rộng 180 độ, nằm trong cùng. • Lý do: vì bit 0 sẽ thay đổi liên tục mỗi 1/2^n vòng quay cần rất nhiều lỗ. Nếu đặt ở trong thì không thể nào vẽ được (do bán kính nhỏ hơn). Ngoài ra, nếu đặt ở trong, thì về kết cấu cơ khí, nó quá gần trục, và quá nhiều lỗ sẽ rất yếu Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Encoder tuyệt đối • Ưu điểm: khi góc quay nhỏ và động cơ không quay nhiều vòng. Khi đó, việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ dàng vì chỉ cần đọc giá trị là biết được vị trí góc của trục quay • Nhược điểm: • Cần quá nhiều vòng lỗ, dẫn tới giới hạn về kích thước của encoder • Nếu động cơ quay nhiều vòng, cần xử lý để đếm số vòng quay của trục Dùng encoder gia số Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 51
52. 3/10/2021 Encoder gia số • Incremental encoder sẽ tăng 1 đơn vị khi một lần lên xuống của cạnh xung Mỗi lần quay qua một lỗ thì encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm • Vấn đề là làm sao để biết được encoder quay hết một vòng? Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Encoder gia số • Cần đưa vào thêm một lỗ định vị để đếm số vòng đã quay của encoder. encoder có lỗ định vị • Vấn đề nữa là làm sao để biết được encoder đang xoay theo chiều nào? Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 52
53. 3/10/2021 Encoder gia số • Cần đặt thêm một vòng lỗ ở giữa vòng lỗ thứ 1 và lỗ định vị • Vị trí góc của các lỗ vòng 1 và 2 lệch nhau Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền Thank you! Bài giảng: Truyền động và điều khiển máy CNC TS. Đường Công Truyền 106 53